深度学习PyTorch,TensorFlow中GPU利用率较低,使用率周期性变化的问题

本文探讨了在TensorFlow和PyTorch中如何优化数据加载过程,以减少GPU等待时间,提高训练效率。通过调整数据加载器的线程数,可以显著提升CPU数据处理速度,从而改善GPU利用率。

在用tensorflow训练神经网络时,发现训练迭代的速度时而快时而慢,监督的GPU使用率也是周期性变化,通过了解,发现原因是:

GPU在等待CPU读取,预处理,并传输数据过来,因此要提高GPU的使用率,降低GPU的等待时间,需要加快CPU的处理速度.

在PYTORCH中的解决方案是用torch.utils.data.DataLoader,用num_workers设置线程数:

           torch.utils.data.DataLoader(image_datasets[x],
                                   batch_size=batch_size,
                                    shuffle=True,
                                    num_workers=8,
                                    pin_memory=True)
 

在tensorflow中的解决方案是用tf.data.Dataset.map(num_parallel_calls=8)中的num_parallel_calls设置读取数据的线程数:

             用 tf.data读取数据,  tf.data.Dataset中有一个map函数,它有个num_parallel_calls参数,可以控制CPU的线程,加快数据的读取速度,一般将线程设置为8效果最好.

 

本文主要参考以下两篇文章,建议大家去看更多细节:

             https://blog.youkuaiyun.com/qq_32998593/article/details/92849585

              https://zhuanlan.zhihu.com/p/53345706

### 深度学习显存利用率低但GPU满载的原因 在深度学习过程中遇到显存利用率低而GPU却处于高负载的情况,可能由多种因素引起。具体来说: - **数据加载瓶颈**:当CPU的数据预处理和传输速度无法跟上GPU的需求时,即使GPU有足够的计算能力等待执行任务,也会因为缺乏输入数据而导致实际工作时间减少[^5]。 - **批处理大小不当**:过大的batch size虽然能够充分利用显存空间,但如果超过了系统的I/O带宽或内存交换的能力,则可能导致频繁的上下文切换以及不必要的延迟,进而影响整体效率并造成GPU利用率波动。 - **框架优化不足**:某些情况下,使用的深度学习库版本可能存在未针对特定硬件平台做充分调优的问题,这可能会引入额外开销从而降低有效吞吐量[^2]。 - **多进程竞争资源**:如果有多个应用程序同时访问同一块物理GPU设备,在资源共享机制不完善的情况下也可能引发类似的症状[^4]。 ### 解决方案建议 为了提高GPU的实际工作效率,可以从以下几个方面入手解决问题: #### 合理调整Batch Size 适当减小批量尺寸可以帮助缓解由于过大批次带来的潜在问题,使得每次迭代所需的时间更短,减少了因等待新一批次到来造成的闲置周期。不过需要注意的是,太小的batch size同样不利于发挥现代GPU架构的优势,因此需要找到一个平衡点来兼顾两者之间的关系。 ```python # PyTorch示例代码片段展示如何设置dataloader参数中的batch_size属性 train_loader = torch.utils.data.DataLoader( dataset=train_dataset, batch_size=optimal_batch_size, # 需要根据实际情况测试得出最优值 shuffle=True, num_workers=8 # 并行读取线程数量可根据机器配置调节 ) ``` #### 改善Data Pipeline设计 构建高效稳定的数据管道对于加速整个训练流程至关重要。利用异步IO操作、提前缓存常用样本集等方式都可以显著提升前端准备阶段的速度,确保后续环节始终拥有充足的任务供给。 ```bash # 使用PrefetchDataset类预先抓取部分即将用到的数据项放入队列当中 from tensorflow.data import Dataset dataset = ( tf.data.Dataset.from_tensor_slices((images, labels)) .shuffle(buffer_size=len(images)) .map(parse_function, num_parallel_calls=tf.data.experimental.AUTOTUNE) .prefetch(tf.data.experimental.AUTOTUNE) ) ``` #### 更新软件环境至最新版 保持所依赖的基础工具链(如CUDA Toolkit、cuDNN等)处在较新的状态有助于获得更好的兼容性和性能表现。官方团队会定期发布补丁修复已知缺陷并对新兴技术作出响应,及时跟进这些更新往往能带来意想不到的效果改进。 #### 监控与诊断辅助决策 借助专业的监控工具细致观察系统各组件间的交互状况,定位出具体的性能短板所在位置,并据此采取针对性措施加以改善。例如通过`nvidia-smi`命令实时跟踪各项指标变化趋势,或是启用Profiler功能深入剖析热点函数耗时分布特征等等。
评论 2
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值